JP3686771B2

JP3686771B2 - 射出成形機

Info

Publication number: JP3686771B2
Application number: JP04313099A
Authority: JP
Inventors: 明雄山田
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Current assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2019-02-22
Also published as: JP2000238095A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機に係り、特に、圧力フィードバック制御によって実行される保圧動作においても、スクリュの前進限位置を規制するようにした保圧の制御にかかわる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動サーボモータを駆動源とするインラインスクリュ式の射出成形機においては、一般的に、スクリュを急速前進させることにより金型のキャビティ内へ溶融樹脂を射出充填する１次射出行程を、スクリュストローク軸（位置軸＝距離軸）に沿った速度フィードバック制御によって行い、これに引き続いて、スクリュに前進方向の圧力を与えることにより、スクリュ先端の溶融樹脂を介して金型内の樹脂に圧力を付与する保圧行程を、時間軸に沿った圧力フィードバック制御によって行っている。このように、保圧行程を時間軸に沿った圧力制御で行う所以は、キャビティ内に射出された樹脂が保圧圧力を受ける時間を一定にするためである。斯様に、１次射出後に、所定時間だけ予め設定された保圧圧力を、スクリュ先端の溶融樹脂を介して金型内の樹脂に付与することにより、通常は、最終的に射出量が安定し、したがって成型品重量もばらつきなく安定する。
【０００３】
しかしながら、上記のように、時間軸に沿った圧力フィードバック制御を行うと、スクリュ位置の如何にかかわらず設定値に倣うような圧力優先制御が実行されるので、予期せぬ溶融樹脂挙動の変動などの要因によって、ときとして、保圧完了時点でのスクリュ位置にばらつきを生じ（スクリュ先端側に残存する樹脂量である所謂クッション量にばらつきを生じ、換言するなら射出量にばらつきを生じ）、成型品重量がばらつくというケースを生来する場合もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、保圧行程を時間軸に沿った圧力フィードバック制御によって行うと、保圧完了時点でのスクリュ位置をばらつきなく許容範囲内に収めることを保証しがたいので、ときとして保圧完了時点でのスクリュ位置がばらつき、成型品重量がばらつくという問題があった。特に、成型品の転写性を高め、ヒケを無くす等の目的で、型締めメカニズム系による圧縮制御（例えば、型締め系のイジェクトメカニズムによって、キャビティ内の固化前の樹脂に圧縮圧力を付与する制御）を、保圧制御と同時に行うと、型締めメカニズム系による圧縮制御が射出メカニズム系による保圧制御に対して影響を及ぼし、射出量がばらつき易くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、時間軸に沿った圧力フィードバック制御を行っても、射出量が安定し、成型品重量のばらつきを可及的に抑止可能とできる、射出成形機を提供することにある。また、本発明の目的とするところは、時間軸に沿った圧力フィードバック制御による保圧制御と同時に、型締めメカニズム系による圧縮制御（圧力フィードバック制御）を行っても、射出量が安定して、成型品重量がばらつくことのない、射出成形機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するため、加熱シリンダ内のスクリュの軸方向移動を電動サーボモータの駆動力によって行い、スクリュの前進によって溶融樹脂を金型内に射出充填する１次射出行程と、これに引き続いてスクリュ先端の溶融樹脂を介して金型内の樹脂に圧力を付与する保圧行程とを、フィードバック制御で実行する射出成形機において、
保圧行程を、圧力測定値が圧力設定値に一致するように制御する制御出力値ｙ２にしたがった時間軸に沿った圧力フィードバック制御によって行うと共に、保圧行程期間におけるスクリュ前進限位置を規定する前進限規定値を設定して、保圧行程中にもスクリュの現在位置を監視すると共に、前記前進限規定値を規定する減速パターン特性をもつ制御出力値ｙ１と、前記制御出力値ｙ２とを比較して、所定の保圧行程時間が経過する前にｙ１≦ｙ２となると、制御出力値ｙ１に倣うように制御を切り替えて、保圧行程中にスクリュが、前記前進限規定値で規定される位置を超えることがないように、制御する構成とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の１実施形態に係る射出成形機における、保圧圧力フィードバック制御系の構成を示す図である。
【０００８】
図１において、１は、保圧圧力フィードバック制御を実行する主体となる保圧フィードバック制御部、２は、保圧フィードバック制御部１からの指令値に基づき、電動サーボモータ３への駆動信号を生成し出力するサーボアンプ、３は、射出系メカニズムの駆動源としての電動サーボモータ、４は、電動サーボモータ３の回転量を検出して保圧フィードバック制御部１へ出力するエンコーダ、５は、射出系メカニズム中に配設され、図示せぬスクリュに加わる圧力（ここでは、射出圧たる保圧圧力）を検出してフィードバック制御部１へ出力するロードセルである。
【０００９】
なお、電動サーボモータ３の回転駆動力は、公知のように、図示せぬ回転→直線運動変換機構を介して、図示せぬ加熱シリンダ内のスクリュへ伝えられ、スクリュを軸方向に駆動したり、スクリュに圧力を付与したりするようになっている。
【００１０】
上記保圧フィードバック制御部１は、実際には、予め作成されたプログラムに基づき実行されるマイコン（マイクロコンピュータ）の処理によって具現化されるものであるが、ここでは説明の便宜上、偏差検出部１１、保圧の圧力フィードバック制御のためのＰＩＤ演算部１２、ＰＩＤ演算部１２の出力を変換処理する出力変換部１３、速度制御パターン作成部１４、スクリュの現在位置情報を出力する位置情報算出部１５、偏差カウンタ１６、速度制御のための制御出力値を生成して出力する速度制御指令値出力部１７、出力変換部１３の出力と速度制御指令値出力部１７の出力とを切り替えて出力するスイッチ部１８、スイッチ部１８の出力をアナログ変換して、圧力指令値を見かけ速度指令値として（電動サーボモータ３に与えられる制御値は、圧力フィードバック制御中であっても、電動サーボモータ３から見れば速度制御値である）サーボアンプ２に出力するＤ／Ａ変換部１９を具備したものとして、以下の説明を行う。
【００１１】
上記偏差検出部１１には、保圧切り替え点を基準点とする時間軸に沿って設定された保圧の圧力設定値ｐ１と、ロードセル５の計測情報を演算処理して得られる保圧の圧力測定値ｐ２とが、それぞれ適宜サンプリング周期で供給される。偏差検出部１１では、この圧力設定値ｐ１と圧力測定値ｐ２とから両者ｐ１，ｐ２の差分を算出し、これを偏差（圧力の偏差）ｅとしてＰＩＤ演算部１２へ出力する。ＰＩＤ演算部１２では、入力された偏差ｅを用いて、ＰＩＤ（比例・積分・微分）動作に基づくフィードバック制御を行うための演算処理、すなわち次式による演算処理を実行し、圧力測定値ｐ２を圧力設定値ｐ１に一致させるための操作量ｕを算出する。なお、次式において、Ｐｉ，Ｉｉ，ＤｉはＰＩＤ定数である。
【００１２】
【数１】

【００１３】
出力変換部１３では、ＰＩＤ演算部１２からの出力たる操作量ｕを、操作量値ｕ→制御出力値ｙ２の出力変換式、すなわちｙ２＝ｇ（ｕ）によって、制御出力値ｙ２として演算変換処理して求め、これをスイッチ部１８へ出力する。
【００１４】
速度制御パターン作成部１４では、スクリュストローク軸（位置軸）に沿って各位置ｓ１毎に設定された保圧の速度設定値ｖ１に基づいて、保圧行程における速度制御パターンを生成し、これを偏差カウンタ１６へ出力する。また、位置情報算出部１５では、エンコーダ４からの回転量情報に基づいて現在のスクリュ位置を算出する。偏差カウンタ１６は、速度制御パターン作成部１４からの位置軸に沿った速度制御パターン情報と、位置情報算出部１５からのスクリュの現在位置情報とに基づき、スクリュの現在位置に応じた速度の偏差を速度制御指令値出力部１７へ出力する。速度制御指令値出力部１７では、出力変換部１３とほぼ同様の出力変換の演算処理等を行って、演算処理結果を制御出力値ｙ１として、スイッチ部１８へ出力する。
【００１５】
保圧行程期間においては、スイッチ部１８は、出力変換部１３からの制御出力値ｙ２と、速度制御指令値出力部１７からの制御出力値ｙ１とを常時監視して、両者ｙ１，ｙ２の大小関係を判定しており、ｙ１＞ｙ２である際には、出力変換部１３からの制御出力値ｙ２をＤ／Ａ変換部１９へ出力し、ｙ１≦ｙ２となると、速度制御指令値出力部１７からの制御出力値ｙ１をＤ／Ａ変換部１９へ出力する。
【００１６】
Ｄ／Ａ変換部１９は、入力されたデジタルの制御出力値をアナログ情報に変換して、速度指令値としてサーボアンプ２へ出力し、これに基づき、サーボアンプ２は電動サーボモータ３を駆動制御する。
【００１７】
図２は、上記した制御出力値ｙ１とｙ２との関係を示す、主として保圧行程の様子を示す説明図で、同図の横軸はスクリュストローク（スクリュ位置）を示し、同図の縦軸は速度を示している。
【００１８】
図２において、Ｖａは１次射出行程の速度設定値を示しており、１次射出行程においては、スクリュ位置に沿った速度フィードバック制御を行っているので、速度測定値はほぼ速度設定値Ｖａに倣うものとなる。
【００１９】
そして、スクリュが予め設定された保圧切り替え位置まで前進すると、保圧行程の制御に切り替えられて、これにより、保圧フィードバック制御部１によって、時間軸に沿った圧力フィードバック制御が開始される。時間軸に沿った圧力フィードバック制御では、圧力測定値ｐ２が圧力設定値ｐ１と一致するように圧力優先のフィードバック制御が行われ、出力変換部１３からは、圧力測定値ｐ２が圧力設定値ｐ１に一致するように制御する制御出力値ｙ２が出力される。この制御出力値ｙ２は、サーボモータに対しては見かけ速度指令値として与えられるものであるが、圧力優先制御のための制御出力であるため、図２に示すように、速度制御出力としては、あるばらつき範囲Ｓをもつものとなる。
【００２０】
一方、速度制御指令値出力部１７の出力する制御出力値ｙ１は、保圧行程のスクリュ前進限位置を規定するためのものであって、図２に示すように、スクリュ位置に沿った保圧行程の終期位置区間を除いて、制御出力値ｙ２よりも十分に大きな値をとるように設定されており、保圧行程の終期位置区間においては、制御出力値ｙ２のばらつき範囲Ｓによるｙ２の変動の如何によっては、保圧行程の完了前に（すなわち、予め定められた所定の保圧行程時間が経過する前に）、ｙ１≦ｙ２となる場合もあるように、制御出力値ｙ１はその減速パターン特性が定められている。
【００２１】
したがって、保圧フィードバック制御部１のスイッチ部１８は、予め定められた所定の保圧行程時間が経過する前に、ｙ１≦ｙ２となると、Ｄ／Ａ変換部１９への出力を、制御出力値ｙ２から制御出力値ｙ１へと切り替えて、これによって、保圧行程のスクリュ前進限位置が、制御出力値ｙ１の減速パターン特性で規定される所定位置（図２中に示すように、保圧切り替え位置からの保圧制限ストローク幅で規定される強制停止位置）となるように、制御出力の切り替え制御を行う。
【００２２】
また、予め定められた所定の保圧行程時間内において、ｙ１≦ｙ２とならなかった場合には、すなわち、全保圧行程時間内においてｙ１＞ｙ２である場合には、スイッチ部１８は、Ｄ／Ａ変換部１９への出力として制御出力値ｙ２を最後まで選択し続けることになる。このようにスイッチ部１８が全保圧行程時間内において制御出力値ｙ２を出力し続ける場合には、保圧行程の完了時点でのスクリュ位置（スクリュ前進限位置）は、上記した強制停止位置の手前か、もしくは強制停止位置と一致することになる。
【００２３】
図３は、保圧行程における速度測定値の１例を示す図である。同図に示すように、所定の保圧行程時間が経過する前にｙ１≦ｙ２となると、制御出力値ｙ１の減速パターン特性と倣うように制御されるため、この場合には速度測定値パターンはＶｘ１で示されるようなものとなり、スクリュ前進限位置は、強制停止位置と一致する。なお、制御出力値ｙ１に減速パターン特性をもたせた所以は、過度な急速停止を回避するためである。また、全保圧行程時間内においてｙ１＞ｙ２である際には、速度測定値パターンはＶｘ２やＶｘ３で示されるようなものとなり、スクリュ前進限位置は、強制停止位置と一致するか、強制停止位置の手前となる。
【００２４】
ここで、本実施形態のような制御を行わない保圧行程の時間軸に沿った圧力フィードバック制御を行った際、すなわち、保圧行程中のスクリュ前進限位置の規制を行わない時間軸に沿った圧力フィードバック制御を行った際において、良品成形がなされているときの保圧行程完了時点でのスクリュ位置（スクリュ前進限位置）のばらつきの平均値を、前記の強制停止位置に設定したと仮定すると、本実施形態では、保圧行程の完了時点でのスクリュ位置のばらつき範囲は、従来の１／２に低減されることなり、以って、射出量のばらつき（成型品重量のばらつき）が従来よりも小さくなって、成型品重量の安定化に大いに寄与することとなる。さらに、保圧行程完了時点でのスクリュ位置（スクリュ前進限位置）が強制停止位置を通り越すことが決してないので、不慮の事態によってもスクリュが安全限界を超えるまで前進する虞もなくなる。
【００２５】
また、時間軸に沿った圧力フィードバック制御による保圧制御と同時に、型締めメカニズム系による圧縮制御（圧力フィードバック制御）を行っても、保圧行程完了時点でのスクリュ位置（スクリュ前進限位置）が強制停止位置を通り越すことがないように制御されるので、例えば、良品成形がなされているときの保圧行程完了時点でのスクリュ位置のばらつき範囲内における、スクリュ前進量の少ない方の値を、前記の強制停止位置に設定すれば、保圧行程完了時点でのスクリュ位置は概ね強制停止位置に収斂するようになり、以って、射出量（成型品重量）が安定する。
【００２６】
図４は、本実施形態の射出成形機の表示装置上に表示された射出条件の設定画面の１例を示す図である。同図において、２１は１次射出行程の条件設定欄、２２、２３は保圧行程の条件設定欄である。１次射出行程の条件設定欄２１には、射出開始位置の設定部２４を含む多段設定される切り替え位置の設定部や、速度の設定部などが設けられており、保圧行程の条件設定欄２２には、保圧行程の圧力の設定部やタイマ（保圧時間）の設定部が設けられている。また、保圧行程の条件設定欄２３には、保圧切り替え位置の設定部２５や、前記した保圧制限ストローク幅の設定部２６が設けられている。さらに、保圧行程の条件設定欄２３には、最新ショットにおける保圧行程のスクリュストローク幅（保圧切り替えから保圧完了までにスクリュの移動した距離）の測定値の表示部２７が設けられており、オペレータは良品成型時の表示部２７の表示データを参照することにより、保圧制限ストローク幅の設定部２６での設定値を適正値に設定できるようになっている。
【００２７】
なお、図５は、図４における設定数値と対応したスクリュ位置に沿った、射出開始位置、保圧切り替え位置、強制停止位置、保圧制限ストローク幅を示す図である。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、射出量のばらつきが小さくなって、成型品重量が安定し、かつ、保圧行程完了時点でのスクリュ位置（スクリュ前進限位置）が強制停止位置（前進限規定値）を通り越すことが決してないので、不慮の事態によってもスクリュが安全限界を超えるまで前進する虞もなくなる。また、時間軸に沿った圧力フィードバック制御による保圧制御と同時に、型締めメカニズム系による圧縮制御（圧力フィードバック制御）を行っても、射出量のばらつきを抑えて、射出量（成型品重量）を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態に係る射出成形機における、保圧圧力フィードバック制御系の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の１実施形態における、制御出力値ｙ１とｙ２との関係を示すための、主として保圧行程の様子を示す説明図である。
【図３】本発明の１実施形態における、保圧行程の速度測定値の１例を示す説明図である。
【図４】本発明の１実施形態に係る射出成形機における、表示装置上に表示された射出条件の設定画面の１例を示す説明図である。
【図５】図４の設定数値に対応する各位置を示す説明図である。
【符号の説明】
１保圧フィードバック制御部
２サーボアンプ
３電動サーボモータ
４エンコーダ
５ロードセル

Claims

加熱シリンダ内のスクリュの軸方向移動を電動サーボモータの駆動力によって行い、スクリュの前進によって溶融樹脂を金型内に射出充填する１次射出行程と、これに引き続いてスクリュ先端の溶融樹脂を介して金型内の樹脂に圧力を付与する保圧行程とを、フィードバック制御で実行する射出成形機において、
保圧行程を、圧力測定値が圧力設定値に一致するように制御する制御出力値ｙ２にしたがった時間軸に沿った圧力フィードバック制御によって行うと共に、保圧行程期間におけるスクリュ前進限位置を規定する前進限規定値を設定して、保圧行程中にもスクリュの現在位置を監視すると共に、前記前進限規定値を規定する減速パターン特性をもつ制御出力値ｙ１と、前記制御出力値ｙ２とを比較して、所定の保圧行程時間が経過する前にｙ１≦ｙ２となると、制御出力値ｙ１に倣うように制御を切り替えて、保圧行程中にスクリュが、前記前進限規定値で規定される位置を超えることがないようにしたことを特徴とする射出成形機。
請求項１記載において、
前記した保圧動作と同時に、型締め系による金型内樹脂への圧縮動作を行うことを特徴とする射出成形機。